單片機課程設(shè)計報告

1、本科課程設(shè)計課程名稱： 單片機原理與應(yīng)用技術(shù) 實驗項目： 數(shù)字電子鐘 實驗地點： 電機館三層跨越機房 專業(yè)班級： 學號： 學生姓名： 指導教師： 2015年 月 日太原理工大學信息工程學院專業(yè)班級學生姓名課程名稱“單片機原理與應(yīng)用技術(shù)”課程設(shè)計設(shè)計名稱數(shù)字電子鐘設(shè)計周數(shù)1.5指導教師設(shè)計任務(wù)主要設(shè)計參數(shù)設(shè)計一個以單片機為核心的數(shù)字電子鐘。主要設(shè)計參數(shù)：1、 顯示方式：6位8段LED顯示2、 顯示內(nèi)容：HH.MM.SS( HH，MM，SS 分別為時，分，秒)3、 校時方式：按鍵調(diào)整4、 顯示更新：1次/秒5、 動態(tài)顯示方式。設(shè)計內(nèi)容設(shè)計要求1 硬件電路設(shè)計：(1) MCU主電路設(shè)計；(2) IO

2、接口電路設(shè)計；(3) LED顯示接口電路設(shè)計。2 軟件設(shè)計：(1) 初始化程序設(shè)計；(2) 各功能模塊設(shè)計；3軟件硬件調(diào)試。主要參考資 料1 單片機原理與接口技術(shù)，李曉林等，電子工業(yè)出版社，2015。2 微型計算機控制技術(shù)，潘新民等，人民郵電出版社，1999。3 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，張齊等，電子林業(yè)出版社，2010。學生提交歸檔文件課程設(shè)計說明書1份課程設(shè)計任務(wù)書注：課程設(shè)計完成后，學生提交的歸檔文件應(yīng)按，封面任務(wù)書說明書圖紙的順序進行裝訂上交（大張圖紙不必裝訂）指導教師簽名： 日期：2015.3.1 一單片機與數(shù)字鐘概述單片機及組成單片機發(fā)展史已經(jīng)有幾十年了。1976年，Intel公司研

3、制出MCS-48系列單片機。該系列單片機具有以下特點：CPU為4位或8位，ROM有1KB或2KB，RAM有64B或128B，具有并行接口，無串行接口，有1個8位的定時/計數(shù)器，有2個中斷源，這是單片機問世的標志。單片機的核心部分是中央處理器CPU，它是單片機的大腦，由它統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)各部分的工作。時鐘電路用于給單片機提供工作時所需要的時鐘信號。程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分別用于存放單片機工作的用戶軟件和臨時數(shù)據(jù)。中斷系統(tǒng)用于處理系統(tǒng)工作時出現(xiàn)的突發(fā)事件。定時/計數(shù)器用于對時間定時或?qū)ν獠渴录嫈?shù)。它通過內(nèi)部總線把計算機的各主要部件連接為一體，其內(nèi)部總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總

4、線的作用是為數(shù)據(jù)交換時提供地址，CPU通過它們將地址輸出到存儲器或I/O接口；數(shù)據(jù)總線用于在CPU與存儲器或I/O接口之間，或I/O接口與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU的應(yīng)答信號線等。輸入輸出接口（I/O接口）是計算機與輸入輸出設(shè)備之間的接口。輸入輸出設(shè)備（I/O設(shè)備）是計算機與人或其他設(shè)備交換信息的裝置，如顯示器、鍵盤和打印機等。單片機大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。（1）通用型/專用型 這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機，它不是為某種專用途設(shè)計的；專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的

5、，例如為了滿足電子體溫計的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。（2）總線型/非總線型這是按單片機是否提供并行總線來區(qū)分的?？偩€型單片機普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機稱為非總線型單片機。（3）工控型/家電型這是按照單片機大致應(yīng)用的領(lǐng)域進行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運算能力強；用于家電的單片機多為專用型，通常是小封裝、低價格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然，上述分類

6、并不是惟一的和嚴格的。例如，80C51類單片機既是通用型又是總線型，還可以作工控用。數(shù)字電子鐘背景介紹電子鐘在生活中應(yīng)用非常廣泛，而一種簡單方便的數(shù)字電子鐘則更能受到人們的歡迎。所以設(shè)計一個簡易數(shù)字電子鐘很有必要。本電子鐘采用AT89C51單片機為核心，使用12MHz 晶振與單片機AT89C1相連接，通過軟件編程的方法實現(xiàn)以24小時為一個周期，顯示小時、分鐘和秒的要求。該電子鐘設(shè)有四個按鍵KEYA、KEYB、KEYC、KEYD鍵，進行相應(yīng)的操作就可實現(xiàn)校時、定時、復位功能。在這次設(shè)計中，我們采用LED數(shù)碼管顯示時、分、秒，以24小時計時方式，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示，用12MHz的晶振

7、產(chǎn)生振蕩脈沖，定時器計數(shù)。在此次設(shè)計中，電路具有顯示時間的其本功能，還可以實現(xiàn)對時間的調(diào)整。數(shù)字鐘是其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費的喜愛，因此得到了廣泛的使用。二 設(shè)計課題任務(wù)、主要涉及參數(shù)2.1 課題任務(wù)：設(shè)計一個以單片機為核心的數(shù)字電子鐘。2.2 設(shè)計參數(shù) 1、顯示方式：6位8段LED顯示 2、顯示內(nèi)容：HH.MM.SS( HH，MM，SS 分別為時，分，秒) 3、校時方式：按鍵調(diào)整 4、顯示更新：1次/秒 5、動態(tài)顯示方式。2.3 設(shè)計要求3 硬件電路設(shè)計：(4) MCU主電路設(shè)計；(5) IO接口電路設(shè)計；(6) LED顯示接口電路設(shè)計。4 軟件

8、設(shè)計：(3) 初始化程序設(shè)計；(4) 各功能模塊設(shè)計；3軟件硬件調(diào)試。三 總體方案設(shè)計及原理介紹本電子鐘主要由單片機、鍵盤、顯示接口電路和復位電路構(gòu)成，總體方案設(shè)計圖如下：圖1 總體方案設(shè)計圖四 MCS-51單片機簡介4.1 MCS-51單片機的組成部分 MCS-51是Intel公司生產(chǎn)的一種單片機，在一小塊芯片上集成了一個微型計算機的各個組成部分。每一個單片機包括：一個8位的中央處理器CPU；一個128K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；4K字節(jié)的程序存儲器（ROM）；特殊功能寄存器；兩個16位的可編程定時/計數(shù)器（ROM）；4個8位并行的I/O借口P0-P3；一個全雙工UART的串行I/O口；片

9、內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路；傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器；顯示模塊；電源模塊。圖2 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.2 各組成部分的功能介紹 4.2.1 CPU（中央處理器） CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成控制輸入輸出功能等操作。CPU由中央控制器和運算器構(gòu)成。 4.2.2 片內(nèi)RAM（數(shù)據(jù)存儲器） MCS-51單片機芯片共有256個RAM單元，其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。地址范圍為00HFFH（256B）。是一個多用多功能數(shù)據(jù)存儲器，有數(shù)據(jù)存儲、通

10、用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。 4.2.3 片內(nèi)ROM（程序存儲器）MCS-51內(nèi)部有4KB/8KB字節(jié)的ROM（51系列為4KB，51系列為8KB），用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格。因此稱之為程序存儲器，簡稱內(nèi)部ROM。地址范圍為0000HFFFFH（64KB）。 4.2.4 特殊功能寄存器用于存放相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)的區(qū)域。 4.2.5 定時/計數(shù)器51系列共有2個16位的定時器/計數(shù)器（52系列共有3個16位的定時器/計數(shù)器），以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。定時時靠內(nèi)部分頻時鐘頻率計數(shù)實現(xiàn)，做計數(shù)器時，對P3.4（T0）或P3.5（T1）端口

11、的低電平脈沖計數(shù)。 4.2.6 并行I/O口MCS-51共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。表2 P3口的特殊功能P3口引腳線號第二功能標記第二功能注釋P3.0RXD串行口數(shù)據(jù)接受輸入端P3.1TXD串行口數(shù)據(jù)發(fā)送輸出端P3.2外部中斷0請求輸入端P3.3外部中斷1請求輸入端P3.4T0定時/計數(shù)器0外部輸入端P3.5T1定時/計數(shù)器1外部輸入端P3.6片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通端P3.7片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通端 4.2.7 片內(nèi)時鐘電路 計算機的整個工作是在時鐘信號的驅(qū)動下，按照嚴格的時序有規(guī)律的一節(jié)拍一節(jié)拍地執(zhí)行各種操作。4.3 AT89C51單片機芯片的引腳結(jié)構(gòu)

12、圖3各引腳功能說明如下：Vcc（40腳）：接+5V電源正端。Vss（20腳）：接+5V電源負端。XTAL1（19腳）：晶體振蕩器接入的一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳接地）XTAL2（18腳）：晶體振蕩器接入的另一個引腳（采用外部振蕩器時，此引腳作為外部振蕩信號的輸入端）P0口（3932腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復用引腳；P1口（18腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準雙向I/O口使用。一般I/O口引腳；P2口（2128腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般I/O口引腳或高位地址總線引腳；P3口（1017腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3

13、口。除作為準雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可以獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。ALE/PROG（30腳）：地址鎖存允許信號輸入或輸出引腳。PSEN（29腳）：外部程序存儲器選通信號輸出端，低電平有效。RST/VPD引腳（9腳）：復位信號輸入引腳/備用電源輸入引腳。EA/Vpp（31腳）：內(nèi)外存儲器選擇引腳/片內(nèi)EOROM編程電壓輸入。4.4單片機工作的基本時序 4.4.1 振蕩周期振蕩周期，也稱時鐘周期，是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 4.4.2 狀態(tài)周期每個狀態(tài)周期為時鐘周期的2倍，是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 4.4.3 機器

14、周期一個機器周期包含6個狀態(tài)周期S1S6，也就是12個時鐘周期。在一個機器周期內(nèi)，CPU可以完成一個獨立的操作。 4.4.4 指令周期它是指CPU完成一條操作所需的全部時間。每條指令執(zhí)行時間都是有一個或幾個機器周期組成。MCS-51系統(tǒng)中，有單周期指令、雙周期指令和四周期指令。五 數(shù)字電子鐘電路表3 元件清單7SEG-MPX8-BLUELED數(shù)碼管AT89C51單片機BUTTON按鈕CAP-ELEC陶瓷電容CAP電容CRYSTAL12兆晶振RES電阻74LS25驅(qū)動芯片六 軟件、仿真設(shè)計6.1 基于WAVE6000的數(shù)字電子鐘的軟件設(shè)計 1.新建文件 2.仿真器設(shè)置 3.寫程序-保存文件-S_

15、SET BIT P1.0 ;數(shù)字鐘秒控制位 M_SET BIT P1.1 ;分鐘控制位 H_SET BIT P1.2 ;小時控制位 SECOND EQU 30H MINUTE EQU 31H HOUR EQU 32H TCNT EQU 34H ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 START: MOV DPTR,#TABLE MOV HOUR,#0 ;初始化 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 MOV TCNT,#0 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#(65536-50000)/256 ;定時50毫秒 MOV TL0,#(

16、65536-50000)MOD 256 MOV IE,#82H SETB TR0A1: LCALL DISPLAY JNB S_SET,S1 JNB M_SET,S2 JNB H_SET,S3 LJMP A1 S1: LCALL DELAY ;去抖動 JB S_SET,A1 INC SECOND ;秒值加1 MOV A,SECOND CJNE A,#60,J0 ;判斷是否加到60秒 MOV SECOND,#0 LJMP K1 S2: LCALL DELAY JB M_SET,A1 K1: INC MINUTE ;分鐘值加1 MOV A,MINUTE CJNE A,#60,J1 ;判斷是否加到6

17、0分 MOV MINUTE,#0 LJMP K2 S3: LCALL DELAY JB H_SET,A1 K2: INC HOUR ;小時值加1 MOV A,HOUR CJNE A,#24,J2 ;判斷是否加到24小時 MOV HOUR,#0 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 LJMP A1 J0: JB S_SET,A1 LCALL DISPLAY SJMP J0 J1: JB M_SET,A1 LCALL DISPLAY SJMP J1 J2: JB H_SET,A1LCALL DISPLAY SJMP J2 INT_T0: MOV TH0,#(65536-50000

18、)/256 MOV TL0,#(65536-50000)MOD 256 INC TCNT MOV A,TCNT CJNE A,#20,RETUNE ;計時1秒 INC SECOND MOV TCNT,#0 MOV A,SECOND CJNE A,#60,RETUNE INC MINUTE MOV SECOND,#0 MOV A,MINUTE CJNE A,#60,RETUNE INC HOUR MOV MINUTE,#0 MOV A,HOUR CJNE A,#24,RETUNE MOV HOUR,#0 MOV MINUTE,#0 MOV SECOND,#0 MOV TCNT,#0 RETUNE

19、: RETI DISPLAY: MOV A,SECOND ;顯示秒 MOV B,#10 DIV AB CLR P3.6 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.6 MOV A,B CLR P3.7 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.7 CLR P3.5 MOV P0,#40H ;顯示分隔符 LCALL DELAY SETB P3.5 MOV A,MINUTE ;顯示分鐘MOV B,#10 DIV AB CLR P3.3 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.3 MOV A,B CLR P3.4 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.4 CLR P3.2 MOV P0,#40H ;顯示分隔符 LCALL DELAY SETB P3.2 MOV A,HOUR ;顯示小時 MOV B,#10 DIV AB CLR P3.0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY SETB P3.0 MOV A,B CLR P3.1 MOVC A,A+DPTR MOV